. - Antonio Gorni On Line

Transcrição

PESQUISA
84 – PLÁSTICO INDUSTRIAL – JAN. 2006
Siderúrgicas são o novo
espaço para reciclagem
energética de plásticos
pós-consumo
O
Antonio Augusto Gorni
O consumo acelerado e o
descarte de plásticos usados
em aplicações efêmeras,
particularmente na
fabricação de embalagens,
está levando a um alarmante
acúmulo de materiais de
difícil decomposição em
depósitos de lixo. O
processamento desse rejeito
como combustível em altosfornos ou coquerias é uma
contribuição que se revela
cada vez mais importante
para a solução do problema.
Este trabalho faz uma revisão
sobre a utilização desse
procedimento em
siderúrgicas estrangeiras,
apontando as suas vantagens
e as condições que tiveram
de ser satisfeitas para que ele
fosse bem sucedido.
O autor ([email protected]) é analista de processos
da Companhia Siderúrgica Paulista (Cosipa), em
Cubatão (SP), e editor técnico da Revista Plástico
Industrial. Este artigo foi apresentado como palestra
na edição de 2004 do congresso PlastShow –
Soluções para a Indústria do Plástico, realizado entre
27 e 29 de abril em São Paulo (SP).
Pesquisa Paginado NOVO.p65
84
consumo de plásticos vem
aumentando há décadas,
em uma clara demonstração do
enorme sucesso conseguido por esse
material nas mais variadas aplicações, conforme mostrado na figura
1(1). As características típicas dos
plásticos, como o seu custo praticamente irrisório, baixo peso, boa
resistência mecânica, impermeabilidade, transparência e capacidade de
coloração e/ou impressão conferiramno trunfos irresistíveis para o seu
uso em grandes quantidades na
forma de embalagens, uma aplicação extremamente importante em
uma sociedade voltada ao consumo.
Portanto, nada mais natural do que
esses materiais avançarem sobre
esse mercado: do total de 3,97 Mt
de plásticos consumidos no Brasil
em 2002, nada menos do que 1,58 Mt
foi usada na forma de embalagens e
0,46 Mt como outros tipos de
produtos descartáveis. Ou seja, só
naquele ano, mais de dois milhões
de toneladas de artigos plásticos
tiveram vida útil efêmera no Brasil.
Dito em outras palavras: pelo menos
51,3% do plástico consumido no
País naquele ano foi para o lixo após
algumas semanas de uso, se tanto.
Obviamente, deve-se juntar a essa
quantidade o material plástico que
chegou ao fim de sua vida útil em
outras aplicações mais duradouras
como, por exemplo, componentes
para automóveis, eletrodomésticos,
móveis, etc.
Esses dados são espantosos, mas
a situação é ainda mais surpreendente nos países ditos desenvolvidos. No Japão, por exemplo,
86,4% dos 11 milhões de toneladas
de resinas plásticas consumidas em
2001 foram descartadas. Isto representa uma geração de 9,5 milhões
de toneladas de lixo. E apenas 39%
desse total (3,7 milhões de toneladas) foram reaproveitadas pelas
várias abordagens de reciclagem:
recuperação do material, tratamento químico ou queima. O restante – 5,8 milhões de toneladas –
foi simplesmente abandonado em
depósitos de lixo(2).
Não é novidade alguma que essa
enorme geração de rejeitos, uma
conseqüência direta de nossa sociedade afluente, venha gerando
problemas ambientais realmente
sérios. Como se sabe, a degradação
do lixo plástico abandonado é
extremamente lenta, podendo levar
décadas ou mesmo séculos, gerando
um justificado temor sobre um
futuro abarrotado de enormes
montanhas do chamado “lixo branco”. O diagrama de Ashby mostrado
na figura 2(3) explica o motivo desse
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problema: polímeros são materiais
com média ou baixa reciclabilidade,
basicamente porque o custo de sua
recuperação geralmente é superior
ao da obtenção da matéria-prima
virgem. Além disso, dificilmente a
resina reciclada apresenta as mesmas características relativas à
qualidade típicas do material virgem.
lado, como mostra esse mesmo
diagrama, resinas termofixas e
borrachas praticamente não são
recicladas. Como se sabe, esses
materiais decompõem-se antes de
se fundir, devido à sua estrutura de
ligações covalentes cruzadas. Este
fato dificulta enormemente seus
processos de recuperação. Já os
Fig. 1 – Consumo total de plásticos no Brasil entre 1998 e 2002(1)
O PE é a resina mais reciclada,
sendo seguida por PS e PP. A seguir,
aglomeram-se numa posição intermediária diversas resinas (PET, PC,
PA, PVC, PMMA e ABS). Por outro
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metais lideram o ranking dos materiais recicláveis, seguidos de perto
pelos vidros. Não é a toa que um
dos principais argumentos usados
pela indústria metalúrgica na
promoção de seu produto é o seu
alto índice de reaproveitamento,
algo que já ocorre há décadas na
siderurgia e que mais recentemente
se tornou um retumbante fato na
indústria do alumínio.
Portanto, se se deseja manter o
plástico como material viável em um
futuro próximo, é necessário encontrar alternativas para uma recuperação racional dos descartes
desse tipo de material, particularmente dos resíduos pós-consumo,
cujas características de qualidade
geralmente são bastante ruins. Já
foram propostas diversas soluções
para o processamento dos rejeitos de
material plástico, as quais se encontram classificadas abaixo, em ordem
decrescente do ponto de vista de sua
eficiência energética e redução do
impacto ambiental(12).
• reutilização do próprio componente descartado;
• reutilização da resina;
• despolimerização da resina, obtendose o monômero original;
• decomposição da resina em outras
matérias-primas que não o seu
monômero;
• queima.
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PESQUISA
Tab. 1 – Comparação entre as análises químicas
A escolha da melhor soOs exemplos bem-sucede carvão pulverizado, óleo e sucata plástica(10)
lução a ser dada ao plástico
didos já disponíveis sobre a
pós-consumo depende de
reciclagem de rejeitos plásAgente redutor
%
em
peso
uma série de considerações,
ticos pós-consumo mostram
Carvão
Óleo
Plástico
as quais dependem do prouma série de características
C
79,60
85,90
83,74
duto em questão e da resina
próprias que garantiram a sua
H
4,32
10,50
12,38
com que ele foi feito. Devem
viabilidade. A partir de 1990,
S
0,97
2,23
0,05
Cinzas
9,03
0,05
3,08
ser considerados aspectos
os governos do Japão e da
Cl
0,20
0,04
0,75
ligados à viabilidade técnica
Alemanha promulgaram sePb
0,0050
0,0001
0,0002
e comercial, logística e legisveras leis ambientais transCr
0,0013
0,0002
0,0013
lação sanitária, por exemplo.
ferindo a responsabilidade
Ni
0,0028
0,0075
0,0011
O caso das embalagens é
pelo reprocessamento dos
V
0,0045
0,0600
0,0002
Zn
0,0065
0,0001
0,0073
particularmente crítico dado
rejeitos plásticos aos proCu
0,0015
0,0001
0,0013
o seu baixo valor agregado, o
dutores e transformadores de
K
0,2656
0,0010
0,0170
alto volume e a qualidade
resinas (6, 7,10) . SimultaneaNa
0,0816
0,0010
0,0200
mente foram tomadas digeralmente inaceitável do
versas outras medidas para
material reciclado a partir
viabilizar a reciclagem dos plásticos
delas. Sua coleta a partir de lixões é
pode ser inviável. Nota-se, por
e reduzir os custos a ela associados.
exemplo, que a quantidade de terra
bastante inconveniente, afinal,
As embalagens e peças de plástico
trata-se de material contaminado,
e sujeira que um potinho de iogurte
precisam agora ter uma codificação
sem referências sobre sua origem,
usado pode conter é muito maior do
indelével que permita sua fácil
que a massa de resina recuperável
de difícil identificação e cujo
identificação. A coleta seletiva do
que pode ser obtida a partir dele.
transporte até um possível reciclador
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lixo permite uma pré-identificação
dos materiais e a sua deposição
em locais adequados, evitando a
mistura e a contaminação. A mera
deposição de plástico em lixões
foi proibida. Foi criada toda uma
estrutura para a classificação e
embalamento dos rejeitos de
plástico, facilitando a recuperação posterior.
Obviamente, todo esse processamento implica num custo, o
qual está sendo coberto por taxas
pagas pelas empresas que fazem uso
de embalagens plásticas ou pelas
taxas de lixo pagas pelas moradias
atendidas pelo sistema de coleta. O
problema é que boa parte desse
plástico recolhido é constituída de
resinas muito baratas, tais como PE,
PP ou PS, cujo reaproveitamento
como material tende a ser inviável
economicamente, dado o preço
baixo da resina virgem a qual, além
disso, geralmente apresenta melhores propriedades.
Outra frente desta batalha está
na recuperação de bens duráveis
sucatados. Um caso emblemático é
o dos automóveis. A legislação
européia impõe que este ano pelo
menos 85% dos automóveis sejam
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Tab. 2 – Especificações técnicas recomendadas para a sucata de plástico
pós-consumo a ser inserida nos altos-fornos da Stahlwerke Bremen(10)
Parâmetro
Tamanho de partícula (mm)
Fração de finos menor do que 250 mícrons (%)
Densidade geral (t/m³)
Características de fluxo pneumático
Umidade residual
Cloro
Cinzas
Composição química (%)
Metais
Total de plástico
Total de poliolefinas
Plásticos de engenharia
reciclados e que gerem, no máximo,
15% em peso de resíduos não
recuperáveis. Em 2015 esses percentuais passarão a, respectivamente, 95% e 5%. Um ponto importante a ser notado aqui é que um
automóvel médio, ao ser sucatado,
gera aproximadamente 100 quilos
do chamado “resíduo automotivo
leve”, uma mistura de diversas
resinas provenientes dos componentes plásticos do veículo, geralmente constituída de 24% de PP,
10% de PU, 8% de PE e uma
miscelânea de outros polímeros. Em
1996 a reciclagem de automóveis
gerou 500 mil toneladas desse resíduo
e estima-se que em 2015 essa quan-
Valor recomendado
< 10
<1
> 0,3
Boas
<1
<2
< 4,5
<3
> 90
> 70
<4
tidade suba para 850 mil toneladas.
Lamentavelmente esse resíduo também não se presta para ser aproveitado novamente como matériaprima(4). Uma abordagem similar
também está sendo proposta no Japão
para os aparelhos eletrodomésticos(6).
Sobram como alternativas para
a reciclagem desse material o seu
reprocessamento químico ou a
queima como combustível. Mas
há também uma nova abordagem, mais vantajosa do ponto de
vista ambiental e energético: o
uso do plástico como combustível
e meio redutor em altos-fornos
siderúrgicos ou como matériaprima coqueificável.
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PESQUISA
Uma análise do material plástico
pelo forno. Esse processo está
reciclado na Alemanha em 1996
mostrado de forma esquemática na
mostrou que apenas uma pequena
figura 3. O ar aquecido é insuflado
fração dos rejeitos apresentava
na região inferior do forno através
pureza suficiente para ser reaprode ventaneiras. O carbono presente
veitada pela recuperação exclusiva
no coque tem por objetivo se
como matéria-prima. De fato, a
combinar com o oxigênio do mireciclagem de filmes em novos
nério, de forma a liberar o ferro
filmes, cabos e tubos, e a de garrafas
metálico e gerar o calor necessário
em novas garrafas, respondeu pela
para as reações metalúrgicas e a
recuperação de respectivamente 27
fusão do metal obtido. O ferro assim
e 9% do material reciclado. O grau
extraído se deposita no estado
de pureza obtido foi de respeclíqüido no fundo do alto-forno,
tivamente 95 e 99%. Cerca de 61%
apresentando-se na forma de ferrodo plástico recolhido para recigusa, ou seja, ferro contendo 4% de
clagem foi uma
mistura de resinas que não permitia um aproveitamento nobre, uma vez que
apresenta pureza
de apenas 88,6%.
Contudo, ela pode ser reciclada
de forma alternativa gerando
energia e calor
pelo processamento em alto-forno,
por termólise, hidrogenação e gaseificação em leito
fixo ou fluidizado. Os 3% resFig. 2 – Diagrama de Ashby mostra a relação entre os preços dos
tantes mostraramdiversos materiais de engenharia e as suas frações recicladas(3)
se impuros demais para essas abordagens, rescarbono e outros elementos, tais
tando apenas sua reciclagem enercomo manganês, silício, fósforo e
(10)
gética por incineração .
enxofre, entre outros. O calcário
está presente para gerar uma escória
O plástico como substituto
líqüida que sobrenada o banho de
do carvão pulverizado em
metal líqüido, criando um meio que
altos-fornos
absorverá as impurezas do minério
e evitando que contaminem o gusa.
Como se sabe, um alto-forno tem
O gás obtido após a passagem do ar
como objetivo principal extrair o
pela carga de minério, coque e
ferro metálico a partir de seu
fundentes sai pela parte superior do
minério. Isso é conseguido fazendo
forno, sendo lavado e usado como
uma corrente de ar aquecido passar
combustível para aquecer o ar usado
em contra-corrente por uma carga
no próprio alto-forno e também em
constituída de minério de ferro,
outros fornos da usina siderúrgica
coque e calcário que vem descendo
integrada.
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Uma das formas de se elevar o
desempenho dos altos-fornos consiste na injeção de finos de carvão ou
óleo diretamente na região onde o
ar quente é insuflado no alto-forno
siderúrgico. Esses materiais são
ricos em carbono e complementam
a oferta desse elemento ao processo
de redução do minério.
A comparação entre as análises
químicas do carvão, óleo e sucata
plástica mostra que elas são bastante
similares, conforme se pode observar
na tabela 1 (7,10). Logo, em tese,
também a sucata plástica pode ser
introduzida em altos-fornos no lugar
do carvão pulverizado ou do óleo.
Esta similaridade animou os especialistas alemães e japoneses a propor o
estudo do processamento da sucata
plástica e resíduo automotivo leve em
altos-fornos e coquerias. A princípio,
esse conceito é bastante interessante.
Contudo, diversos obstáculos tiveram
de ser vencidos para que ele fosse plenamente viabilizado.
Em primeiro lugar, é necessário
criar incentivos para que as siderúrgicas se disponham a processar
resíduos plásticos em seus equipamentos. Afinal, a prática operacional da injeção de carvão pulve-
89
Fig. 3 – Reações químicas fundamentais em um alto-forno siderúrgico(10)
rizado ou óleo em altos-fornos está
plenamente consolidada do ponto
de vista técnico e econômico. Então,
para que mudar? E, como será visto
mais adiante, a sucata plástica não é
um material totalmente adequado
para uso em alto-forno. É preciso algo
mais para convencer as usinas siderúrgicas a ajudar a viabilizar um
material que, ainda por cima, já se
mostrou ser perigosamente competitivo para seu próprio produto. No
Japão e na Alemanha isso foi conseguido com vários incentivos às
siderúrgicas que se dispuseram a
processar a sucata plástica:
• concessão de créditos ambientais;
• pagamento pelo serviço;
• melhoria da imagem pública.
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plástica em altos-fornos. Em primeiro lugar,
por se tratar de material
pós-consumo, a composição química da sucata
plástica obtida inevitavelmente irá variar aleatoriamente ao longo do
tempo, ao sabor do que
será descartado pela
população. As flutuações dos teores de carbono e hidrogênio desse
material alteram o seu
Fig. 4 – Equipamento usado para extração de cloro da sucata de PVC, permitindo o seu uso seguro como material
poder calorífico, fato
para introdução em altos-fornos. O cloro é recuperado na forma de ácido clorídrico (6)
que pode perturbar o
Outro aspecto muito importante
dos resíduos plásticos desde os
balanço térmico dos altos-fornos e
está em garantir o fornecimento
pontos de sua geração até as usinas
a condução de sua operação, preconsistente de sucata plástica às
siderúrgicas, reduzindo também os
cisando ser compensado com a
siderúrgicas que se disponham a
seus custos.
suplementação ou redução do
consumi-lo. Portanto, é necessário
Do ponto de vista técnico há
fornecimento de outros tipos de
criar toda uma estrutura logística
diversos aspectos que devem ser
combustíveis ao reator. Uma maque agilize a coleta e o transporte
considerados ao se inserir sucata
neira possível de reduzir essa
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Tab. 3 – Principais parâmetros operacionais dos altos-fornos da usina
siderúrgica japonesa NKK antes e depois da implantação da introdução
de sucata plástica(13)
Parâmetros
Condição normal
Com introdução de plástico
Vazão de injeção (kg/t)
-
3
PCI (kg/t)
72
73
Taxa de coque (kg/t)
473
468
Taxa de combustível (kg/t)
545
544
Produção de gusa (t/d)
10.600
10.638
Temperatura do gusa (°C)
1.520
1.518
CO no gás de topo (%)
26,3
26,5
CO2 (%)
21,5
21,3
H2 (%)
3,4
3,7
Volume de gás de topo (Nm³)
1.758
1.778
Valor calorífico do GAF (kJ/Nm³)
3.732
3.757
variação pode ser o consumo de
aparas e rejeitos plásticos provenientes de empresas que processam essa sucata, caso em que há
garantia da identificação do material
descartado. Por outro lado, geralmente esse tipo de rejeito, limpo e
identificado, pode ser reaproveitado
com sucesso no próprio transformador de resinas plásticas(13).
Outro problema bastante sério é
a presença de PVC na sucata plástica. Essa resina contém cloro, o
qual é liberado durante a queima e
agregado na forma de ácido clorídrico (HCl) ao gás que o alto-forno
gera em sua operação. Esse gás é
posteriormente usado na própria
usina siderúrgica como combustível.
Tal contaminação torna o gás mais
corrosivo, provocando ataque às
tubulações e aos queimadores. Na
Alemanha se optou por trocar os
equipamentos que entram em
contato direto com o gás de altoforno (GAF), tornando-os mais
resistentes à corrosão por HCl(7). Já
as usinas japonesas decidiram banir
o uso de PVC nos altos-fornos,
sendo essa resina separada dos
rejeitos plásticos por flotação. Estão
sendo desenvolvidos estudos específicos para definir como será o prétratamento dessa resina antes de
sua inserção no alto-forno. A alternativa mais promissora está mostrada esquematicamente na figura 4.
Esse plástico deverá ser submetido
a um processo de carbonização que
consiste no aquecimento do PVC
entre 300 e 400°C na ausência de
oxigênio. Isto elimina o cloro presente
Fig. 5 – Linha para pré-processamento da sucata plástica recebida, tanto na forma de garrafas
como de filmes, transformando-a em grânulos na dimensão ideal para introdução no alto-forno(6)
91
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Fig. 6 – Esquema de introdução da mistura de ar mais grânulos de sucata plástica no alto-forno(13)
na resina, o qual é liberado na forma
de HCl, que é recuperado e vendido. O resíduo carbonizado é
injetado normalmente nos altosfornos, juntamente com as demais
resinas plásticas poliolefínicas(6).
92
A inserção de PVC em altosfornos também gerou temores
quanto à possível formação e incorporação de dioxinas e furanos ao gás
gerado nesse reator. Contudo, os
experimentos feitos nas usinas
alemãs envolvendo a
introdução de sucata de
embalagens plásticas
no alto-forno sem a
exclusão dessa resina
não revelaram a presença de dioxinas no gás
gerado(7).
O resíduo automotivo leve também pode
conter elementos prejudiciais ao processo
siderúrgico, tais como
zinco (Zn), chumbo
(Pb), álcalis e cloro
(Cl). Além disso, ele
pode ser contaminado
pela sucata metálica decorrente da
trituração do automóvel, podendo
contaminar o gusa (e o aço líqüido
produzido a partir dele) com fósforo
(P), enxofre (S), cobre (Cu), cromo
(Cr), níquel (Ni) e vanádio (V),
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elementos que podem ser prejudiciais às características do produto
siderúrgico. Infelizmente, as soluções
para esse problema não são baratas(4).
A experiência alemã com a inserção de sucata plástica em altosfornos iniciou-se em 1993, quando
foram realizados os primeiros testes
em escala piloto na Stahlwerke
Bremen. Os resultados da experiência foram animadores o suficiente para que em 1995 a empresa
firmasse um acordo com a Duales
System Deutschland, a entidade que
administra a reciclagem de materiais
naquele país, para garantir o fornecimento de 50 mil toneladas por ano
de sucata plástica ao longo de 48
meses. Isso foi feito para tornar viável
a construção de um sistema com capacidade para consumir 70 mil t/ano de
sucata plástica no alto-forno dessa
usina. Essa linha tritura ou prensa a
sucata plástica transformando-a em
grânulos com diâmetro máximo de
5 mm, condição ideal para a sua
inserção(7,10). A tabela 2 mostra as
especificações que a sucata plástica
pronta para inserção no alto-forno
deve atender na Stahlwerke Bremen.
Na siderúrgica japonesa NKK as
experiências com a inclusão de
93
Fig. 7 – Comparação do rendimento em termos de recuperação de energia e material entre as
diversas rotas para processamento dos rejeitos de plástico pós-consumo(10)
plásticos no alto-forno se iniciaram
em 1996 e os resultados obtidos
também foram animadores(2). Até
2002 já eram queimados 110 mil
toneladas de sucata plástica por ano
nos alto-fornos de suas usinas de
Keihin e Fukuyama, com exceção do
PVC e PET. O PVC não é utilizado
devido aos problemas provocados
pela liberação de cloro. Já o reaproveitamento do PET na fabricação
de chapas ou tecidos é considerado
mais racional do que a sua mera
queima, mesmo em altos-fornos(6).
Aspectos técnicos da
inserção de sucata plástica
em altos-fornos
A figura 5 mostra o esquema da linha
usada para o pré-processamento da
sucata plástica, que tem por objetivo
transformá-la em grânulos com diâmetro máximo de 5 mm, ideais para serem
inseridos na região das ventaneiras dos
altos-fornos siderúrgicos. Como se pode observar, essa linha aceita fardos de
sucata plástica em geral, processando
tanto garrafas como filmes(6).
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PESQUISA
Fig. 8 – Variações observadas nas magnitudes dos diversos tipos de impacto ecológico quando se substitui a mera deposição de lixo plástico no meio ambiente por
outras alternativas de tratamento para esse rejeito. São elas: gaseificação em leito fluidizado, gaseificação em leito fixo, hidrogenação, termólise e inserção em
altos-fornos. Os dados se encontram expressos em termos da alteração verificada no parâmetro específico a cada quilograma de resina reciclada(10)
Já a figura 6 mostra esquematicamente como é feita a introdução
dos grânulos de sucata plástica no
alto-forno(13). Eles são armazenados
em um silo, sendo dele retirados na
forma de uma mistura fluida com
ar que permite o seu transporte
pneumático até o alto-forno. A
mistura de ar com plástico é introduzida em uma ventaneira do altoforno com o uso de uma lança. Isso
faz com que os grânulos de sucata
94
plástica sejam introduzidos na
região mais aquecida desse reator
metalúrgico, sob temperaturas
acima de 2.000°C(2). Isso proporciona gaseificação imediata do
polímero, cujas macromoléculas se
dissociam nos átomos básicos que a
constituem: carbono e hidrogênio.
Esses elementos então passam a
participar das reações metalúrgicas
no alto-forno da mesma forma como
os gerados a partir da injeção
convencional de carvão pulverizado
e óleo. Portanto, são justamente as
altíssimas temperaturas reinantes
na região das ventaneiras do altoforno que garantem o processamento bem sucedido da sucata plástica.
Uma grande preocupação dos
especialistas siderúrgicos era a
possibilidade da geração de resíduos
carbonizados não-queimados a
partir da sucata plástica, os quais
podem afetar a permeabilidade da
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carga e, dessa forma,
perturbar a marcha do
alto-forno. Contudo, os
estudos feitos na siderúrgica NKK afastaram
essa possibilidade, desde que a quantidade de
material inserido seja
compatível com o diâmetro das partículas e
a sua dureza(2). Outro
aspecto que parece ser
de fundamental importância é a estrutura da
partícula de plástico.
Partículas porosas apresentam maior área superficial específica para
aquecimento e reações
Fig. 9 – Evolução da quantidade anual de sucata plástica introduzida nos altos-fornos da usina siderúrgica NKK(13)
químicas, o que torna
que se encontram sob temperaturas
de introdução de sucata plástica(13).
sua gaseificação mais rápida e fácil.
significativamente menores. Sob
Como se pode observar, as alteraJá as partículas maciças possuem
tais condições, a dissociação total
ções decorrentes da inserção de
gaseificação mais difícil, fato que
das cadeias não é possível, ocorplástico nesses parâmetros foram
limita o valor máximo de diâmetro
rendo então a formação dos resíduos
virtualmente nulas, o que confirma
que deve ser seguido para manter
carbonizados não-queimados que
a compatibilidade dos polímeros
uma marcha adequada no altopodem afetar significativamente o
com os materiais usualmente utiliforno(4). Esse também é o motivo
pelo qual a substituição de coque
desempenho do alto-forno.
zados nesse reator metalúrgico.
por sucata plástica na carga enforA tabela 3 mostra os valores dos
A prática da inserção de sucata
nada pelo topo do alto-forno não é
principais parâmetros operacionais
plástica em altos-fornos revelou
recomendável, uma vez que ela
dos alto-fornos da siderúrgica
alguns inconvenientes insuspeiatravessa regiões do equipamento
japonesa NKK antes e após a prática
tados. Constatou-se, por exemplo,
95
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PESQUISA
que o uso de plásticos reforçados
com fibras tendeu a provocar problemas de entupimento no sistema
de introdução pneumática de plástico. Além disso, a abrasividade das
partículas de plástico foi maior do
que a esperada, principalmente no
caso dos materiais reforçados com
fibras de vidro, fato que ocasionou
um inesperado desgaste mais acentuado do equipamento. Este último
problema foi resolvido com a seleção
de materiais mais resistentes na
construção do sistema de introdução(7).
Contudo, essas pequenas desvantagens não empanaram o sucesso dessa
nova forma de processamento de
rejeitos de material plástico. Como se
pode observar na figura 7, esta técnica
apresenta maior rendimento energético em relação a outras alternativas de
processamento, como a queima desse
rejeito em plantas para incineração de
96
Fig. 10 – Curvas de decomposição térmica para vários tipos de
resinas plásticas e para o carvão Goonyella(8)
lixo ou em usinas termoelétricas. Além
disso, seu uso no alto-forno também
implica em um certo aproveitamento
do material em si, uma vez que parte
de seus átomos de carbono é incor-
porada ao ferro-gusa que será posteriormente transformado em aço(10).
Além disso, uma comparação entre
os impactos ecológicos resultantes das
diversas alternativas para processa-
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mento do lixo plástico também revelou
outras vantagens associadas à injeção
desse material em altos-fornos. De
fato, como mostra a figura 8, uma
comparação dessa rota com a gaseificação em leito fluidizado, gaseificação
em leito fixo, hidrogenação e termólise
mostrou que ela é a melhor alternativa
para o processamento de rejeitos de
plástico em termos de aproveitamento
energético, redução da geração de
dióxido de carbono (CO2) e da geração
de outros resíduos. Nos demais casos,
a inserção de resíduos plásticos no altoforno pode não ser a alternativa
ecologicamente mais eficiente, mas ela
sempre reduz a agressão ecológica
produzida em relação à que ocorre no
caso do mero abandono do lixo plástico
no meio ambiente(10).
Tendo em vista esses resultados, não
é surpresa constatar que a reciclagem
de sucata plástica pela introdução desse
material em altos-fornos vem aumentando ano após ano. Conforme mostra
a figura 9, a quantidade desse material
incluída nos altos-fornos da usina
japonesa NKK se elevou de 5 mil t/ano
em 1996 para 110 mil t/ano em 2001.
Este gráfico também mostra um fato
interessante: inicialmente a sucata de
plástico utilizada era exclusivamente
97
proveniente de rejeitos de transformadores de plástico, mas, a partir de
2000, iniciou-se o processamento de
plástico pós-consumo vindo do sistema
público de coleta de lixo. Já em 2001
essa fonte representou a metade de
toda a quantidade de plástico introduzidos nos altos-fornos da NKK(13).
Uso de sucata plástica como
material coqueificável
A Nippon Steel, outra siderúrgica
japonesa, adotou uma abordagem diversa para o reaproveitamento de sucata plástica, usando-a na forma de material coqueificável(5). Como se sabe,
as siderúrgicas produzem o coque necessário para uso em seus altos-fornos
processando carvão mineral em coquerias. Essas instalações têm como
objetivo extrair todo o material volátil
presente nesse insumo, o qual é posteriormente separado em gás combustível (o chamado gás de coqueria) e
produtos carboquímicos, tais como o
tolueno, xileno e benzeno. O resíduo
sólido remanescente – o coque – é carbono em estado puro e é usado nos
altos-fornos como um dos reagentes
fundamentais para extrair o ferro de
seu minério. Esse processo ocorre pelo
aquecimento do carvão mineral sob
altas temperaturas, promovendo sua
destilação na ausência de ar.
Como já foi visto anteriormente, a
composição química da sucata plástica
é muito similar à do carvão mineral usado pelas siderúrgicas, o que torna esse
rejeito um candidato natural ao processo de coqueificação. Isso motivou a
Nippon Steel a iniciar suas experiências com o processamento desse
material nas coquerias de sua usina de
Kimitsu em 2000(9).
O plástico pós-consumo destinado
à coqueria é inicialmente limpo e
transformado em briquetes com
tamanho adequado ao seu enfornamento. A planta atualmente disponível na Nippon Steel possui capacidade para processar 8,5 toneladas de
rejeitos plásticos por hora. A composição média da sucata processada nessa
planta é composta por 21% de PE,
25% de PS, 16% de PET, 14% de PP,
5% de PVC e 19% de outras resinas.
Essa mistura possui a seguinte análise
química média: 72,6% de carbono,
9,2% de hidrogênio, 0,3% de nitrogênio e 0,04% de enxofre, mais 5%
de cinzas. Os briquetes são enfornados normalmente juntamente com
o carvão mineral.
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PESQUISA
A temperatura do processo de
coqueificação é da ordem de 1.100 a
1.200°C, portanto bem menor do
que a verificada na região das ventaneiras dos altos-fornos, onde é
queimado o plástico pós-consumo
inserido. Por esse motivo, os rejeitos
plásticos processados em coquerias
não sofrem a dissociação molecular
completa verificada nos altos-fornos,
mas sim uma destilação similar à que
o carvão é submetido. A destilação dos
rejeitos de plástico gera 40% de óleo,
40% de gás e 20% de coque, enquanto
a do carvão mineral gera, respectivamente, 5, 10 e 85%. O óleo gerado
é usado na fabricação de alcatrão e
gasóleo, uma matéria-prima para
plásticos e tintas. O gás serve de
combustível para a usina, enquanto o
coque será usado no alto-forno.
As diferenças observadas nos
produtos de destilação decorrem
98
das diferenças de composição química entre o carvão e os rejeitos
plásticos, além da natureza das
moléculas envolvidas. As moléculas
do carvão são bem mais simples do
que as dos polímeros presentes no
rejeito plástico. De fato, ensaios de
destilação a quente em meio redutor mostram que os plásticos se
decompõem sob temperaturas bem
menores do que o carvão, conforme
mostrado na figura 10 (enquanto
polímeros transformam-se em gás
na faixa entre 200 e 450°C, no caso
do carvão a gaseificação mal está se
iniciando sob esta última temperatura). Por sua vez, a figura 11 mostra
que plásticos alifáticos tais como o
PE, PET e PVC, transformam-se na
sua maior parte em gás, enquanto um
polímero aromático, como o PS, gera
grande quantidade de óleo e maior
fração de coque(8).
O uso de rejeito plástico como
material coqueificável é justificável
desde que ele não afete as características desejadas no coque relativas à qualidade. O principal ponto
de preocupação é a resistência
mecânica dessa matéria-prima, a
qual deve apresentar um nível
adequado para suportar as cargas
mecânicas que serão impostas a ela
durante a sua passagem pelo altoforno. Os resultados obtidos na
Nippon Steel indicaram que a
adição de 1% de sucata plástica ao
carvão mineral não afetou a resistência mecânica do coque, expressa
pelo “drum index” (resistência mecânica do coque sob temperatura
ambiente) e a resistência mecânica
do coque logo após a reação de
coqueificação. Constatou-se ainda
que adições superiores a 2% não são
aconselháveis, pois acarretam uma
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Fig. 11 – Taxa de conversão das resinas plásticas mais comuns em gás, óleo e coque(8)
queda significativa da resistência
mecânica do coque, o que produz
uma perturbação inaceitável na
marcha dos altos-fornos(9).
Apesar dessa baixa capacidade de
absorção, as coquerias japonesas teriam
condições de consumir 500 mil t/ano
de sucata plástica, já que processam
cerca de 50 Mt de carvão anualmente. Isto representa algo em
torno de 5% do lixo plástico gerado
naquele país. Os bons resultados
obtidos na Nippon Steel motivaram
a implantação industrial desse
método de processamento de
99
sucata plástica a partir do ano 2000.
Em 2004 a Nippon Steel já podia
processar até 120 mil t/ano de
sucata plástica em suas coquerias
distribuídas nas usinas de Kimitsu,
Nagoya, Muroran e Yawata(9).
Conclusões
Como se pode observar, o processamento de sucata plástica
pela sua inserção em altos-fornos
siderúrgicos mostrou-se ser
técnica e economicamente viável
no Japão e na Alemanha, passando
a contribuir significativamente
para a solução do grave problema
do lixo plástico. Outros países,
como os Estados Unidos, também
vêm estudando esse processo com
resultados animadores.
Contudo, em ambos os casos, o
fator decisivo para o sucesso desta
abordagem foi a promulgação de
legislação obrigando aos fabricantes
e transformadores de material
plástico a reprocessarem seus
produtos após o fim de sua vida útil.
Tal imposição representou um
formidável impacto para a indústria
de embalagens, artigos com vida útil
extremamente reduzida.
As experiências alemã e japonesa
nesse campo permitem afirmar que o
uso de sucata plástica na forma de
combustível em fornos industriais,
siderúrgicos ou não, somente será
viabilizada no Brasil se houver a
promulgação e o efetivo cumprimento
de uma legislação que proíba sua mera
deposição em lixões e obrigue ao seu
reprocessamento. Somente dessa
forma é que surgirá a motivação para
criar uma estrutura logística que
permita a coleta e a classificação dos
resíduos plásticos, gerando uma oferta
estável desse insumo para o seu pro-
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PESQUISA
cessamento racional.
Do ponto de vista meramente
econômico, a introdução de sucata
plástica em altos-fornos é inviável
no Brasil. De fato, enquanto o preço
do carvão pulverizado é da ordem
de R$ 190 por tonelada, a sucata
plástica mais barata (polietileno)
apresenta custos da ordem de R$ 400
por tonelada (dados de 2004). Mas
a grande vantagem dessa alternativa
de reprocessamento está no fato de
que ele aceita até mesmo rejeitos
plásticos inadequados para reaproveitamento como matéria-prima na
indústria de transformação, cujo
preço é função tão somente dos
custos associados à sua coleta,
transporte e preparação. Ainda
assim há todo um trabalho de
convencimento técnico a ser efetuado junto à indústria siderúrgica. E,
uma vez acertado esse ponto, é
necessário desenvolver um trabalho
de engenharia econômica e política
que viabilize a logística necessária
para garantir um fornecimento
REFERÊNCIAS
1) ABIPLAST. Perfil da Indústria
Brasileira de Transformação de Material
Plástico – 2002. Publicação da Associação
Brasileira da Indústria do Plástico, 2003.
2) ASANUMA, M. et al. Development
of waste plastics injection process in blast
furnace. In: ISIJ International, mar. 2000,
p. 244-251.
3) ASHBY, M. Material selection charts.
http://www-materials.eng.cam.ac.uk/
mpsite/interactive_charts.
Acesso em 24 de outubro de 2003.
4) BUCHWALDER, J. et al.
Anforderungen an Reststoffe für das
Einblasen in den Hochofen. Stahl und
Eisen, jan. 2003, p. 29-38.
5) GOTO, H. et al. Plastics recycling by
a coke-oven from waste plastics to
chemical raw materials. Nippon Steel
Technical Report, jul. 2002, p. 10-13.
6) HOTTA, H. Recycling technologies
for promoting recycling-oriented society.
NKK Technical Review, 88, 2003,
p. 160-166.
7) JANZ, J.; WEISS, W. Injection of
waste plastics into the blast furnace of
Stahlwerke Bremen. La Revue de
100
estável de rejeitos plásticos para as
indústrias que se dispuserem a
processar esse material em seus
fornos. Obviamente, esta engenharia terá de incluir incentivos e
compensações, inclusive financeiros, para as indústrias que se
dispuserem a processar esses resíduos.
As resinas plásticas são materiais
altamente competitivos e aceitos com
entusiasmo pelos consumidores
devido às suas extraordinárias propriedades. Contudo, o problema de seu
destino pós-consumo vem crescendo
ao longo das décadas e, cedo ou
tarde, terá de ser encarado com
seriedade para ser adequadamente
resolvido. Isso só será conseguido de
forma eficaz e permanente com um
esforço cooperativo entre os vários
níveis de governo, produtores e
transformadores de resina, consumidores e as indústrias que se
disponham a processá-lo, de modo
a encontrar uma solução em que
todos saiam ganhando.
Metallurgie – CIT, out. 1996,
p. 1219-1226.
8) KATO, K. et al. Development of waste
plastics recycling process using coke
ovens. In: ISIJ International (Supplement),
2002, p. S10-S13.
9) KATO, K. et al. Development of waste
plastics recycling process using coke
ovens. Nippon Steel Technical Report, jan.
2003, p. 67-69.
10) LINDENBERG, H. U. et al.
Rohstoffliches Recycling von
Kunststoffen als Reduktionsmittel im
Hochofen. Stahl und Eisen, ago. 1996,
p. 89-93.
11) OGAKI, Y. et al. Recycling of waste
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system. NKK Technical Review, 84,
2001, p. 1-7.
12) RUMPEL, S. Die autotherme
Wirbelschichtpyrolyse zur Erzeugung
heizwertreicher Stützbrenns-toff.
Wissenschaftliche Berichte FZKA 6490,
Forschungzentrum Karlsruhe GmbH,
Karlsruhe, fev. 2000. 178 p.
13) WAKITA, S. et al. Recycling of
waste plastics in NKK. SEAISI Quarterly,
dez. 2002, p. 60-67.
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